视场分割干涉成像光谱仪及成像方法技术

本发明专利技术提供一种视场分割干涉成像光谱仪，包括望远物镜、视场分割棱镜、干涉仪一、干涉仪二、准直透镜一、准直透镜二、傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二，视场分割棱镜为尖角反射棱镜，其设置于望远物镜的像面处，视场分割棱镜的顶点位于望远物镜的光轴处；来自望远物镜的光线由视场分割棱镜的两个反射面反射为两路反射光线，分别通过准直透镜一和准直透镜二进入干涉仪一和干涉仪二；傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二设置在干涉仪一和干涉仪二的出射光的光路中。本发明专利技术形成的两个视场分别用于不同的光谱范围，光学系统视场利用率高，系统信噪比高。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光谱仪，尤其涉及一种可应用在时空联合调制干涉成像光谱仪中的视场分割干涉成像光谱仪及其成像方法。
技术介绍
时空联合调制干涉成像光谱技术光学系统由干涉仪和傅里叶变换透镜组成。高分辨率的时空联合调制干涉成像光谱仪为减小干涉仪的体积和重量，在干涉仪前加入压缩孔径的望远系统(由望远物镜和准直镜组成)，如图1所示。时空联合调制干涉成像光谱技术的视场一般为矩形视场，分为光谱方向和空间方向，光谱方向的长度一般远小于空间方向的长度，而光学系统设计视场一般为圆形视场。此时，干涉成像光谱仪的光谱方向并未完全利用光学系统的视场。大幅宽的干涉成像光谱仪受制于探测器的面阵，需要探测器拼接，如图2所示，由于探测器机械框的存在，无法直接进行无缝拼接。而传统的采用棱镜分光拼接的方法，将光能量一分为二，分别接后续探测器，降低了进入每个探测器的光能，从而降低了干涉成像光谱仪的信噪比。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种光学系统视场利用率高的视场分割干涉成像光谱仪，同时为干涉型高光谱成像仪器提供了一种无能量损失的无缝视场拼接方法。本专利技术所提供的一种视场分割干涉成像光谱仪，包括望远物镜、视场分割棱镜、准直透镜一、准直透镜二、干涉仪一、干涉仪二、傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二，其特殊之处在于:视场分割棱镜为尖角反射棱镜，设置于望远物镜的像面处，视场分割棱镜的顶点位于望远物镜的光轴处；来自于望远物镜的光线由视场分割棱镜的两个反射面反射为两路反射光线，分别通过准直透镜一和准直透镜二进入干涉仪一和干涉仪二 ；傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二设置在干涉仪一和干涉仪二的出射光的光路中。本专利技术所提供的视场分割干涉成像方法其特殊之处在于:包括以下步骤:I)望远物镜将来自目标的光线转换成会聚光线，成像于望远物镜的像面处；2)位于望远物镜像面处的视场分割棱镜通过两个反射面将望远物镜的会聚光线沿光谱方向反射为一上一下两束发散光线；3)准直透镜一和准直透镜二分别将两束发散光线转换成两束平行光线，然后两束平行光线分别进入干涉仪一和干涉仪二；4)干涉仪一和干涉仪二的出射光线通过傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二分别由各自的探测器接收；5)视场分割时，分别调整准直透镜一、准直透镜二的光轴，使其与望远物镜的某一合适的轴外视场的主光线经视场分割棱镜反射后的光线方向重合，完成匹配；6)系统推扫成像时，视场分割后的两套干涉系统先后扫过目标，时间差与步骤5)中所选取的两个轴外视场主光线相关。本专利技术的有益效果是:I)利用光谱仪的矩形视场(光谱方向小于空间方向)的特点，在系统的一次像面处，使用尖角反射棱镜进行视场分割，分割后分别形成两个视场通道，可分别接后继的干涉成像光谱探测系统，形成的两个视场分别用于不同的光谱范围，光学系统视场利用率高，系统信噪比高；2)采用视场切割干涉成像光谱技术，通过视场分割棱镜将视场沿光谱方向一分为二并通过反射引出到后继系统，半视场的左侧视场用于探测器一，另一半视场的右侧用于探测器二，实现了干涉成像光谱技术的无能量损失的无缝视场拼接。【附图说明】图1为干涉成像光谱仪原理图；图2为干涉成像光谱仪有效视场与光学系统视场的关系；图3为本专利技术的视场分割干涉成像光谱仪的原理图；图4为本专利技术应用实例之一的原理图；图5为视场分割成像光谱技术用于无能量损失的无缝视场拼接原理图。【具体实施方式】如图3所示，本专利技术在望远物镜I的一次像面处加入视场分割棱镜2，视场分割棱镜2的顶角角度决定后继系统的空间位置分配。视场分割后，光线由视场分割棱镜的两个反射面反射为两路光线，其中一路光线通过准直透镜一 3准直后进入干涉仪一 5和傅里叶变换透镜一 7 ;另一路光线通过准直透镜二 4准直后进入干涉仪二 6与傅里叶变换透镜二 8 ;傅里叶变换透镜一 7与傅里叶变换透镜二 8分别由各自探测器接收。视场分割时，需分别调整准直镜一、准直镜二的光轴，使其与望远物镜某一轴外视场主光线经视场分割棱镜反射后的方向重合。系统推扫成像时，视场分割后的两套干涉系统先后扫过目标，时间差与准直镜一、准直镜二光轴调整时选取的望远物镜轴外视场主光线相关。本专利技术的视场分割干涉成像光谱技术是利用光谱仪的矩形视场(光谱方向小于空间方向)的特点，在系统的一次像面处，使用尖角反射棱镜进行视场分割，分割后分别形成两个视场通道，可分别接后继的干涉成像光谱探测系统，其光路如图3所示。分割后，视场一和视场二的光线分别被视场分割棱镜向上和向下反射，进入后继光学系统，经过干涉仪和傅里叶变换透镜，到达两个探测器。图4给出了本专利技术的一个实施例，即视场分割干涉成像光谱技术可用于扩展谱段范围，即视场一和视场二的系统分别用于不同的光谱范围，例如视场一用于可见近红外谱段，视场二用于短波红外谱段。也可用于同谱段双光路探测，提升系统信噪比。实例二:本专利技术的第二个应用为无光能损失的视场无缝拼接技术。受制于探测器件的面阵尺寸，大幅宽干涉成像光谱仪器需要进行视场拼接，由于探测器机械框的存在，无法直接进行无缝拼接，而采用棱镜分光的像面拼接方法，会使光能量一分为二，降低干涉成像光谱仪器的信噪比。采用视场分割干涉成像光谱技术，通过视场分割棱镜将视场沿光谱方向一分为二并引出到后继系统，半视场的左侧视场用于探测器一，另一半视场的右侧用于探测器二，如图5所示。此视场分割干涉成像光谱技术的优点是实现了干涉成像光谱技术的无能量损失的无缝视场拼接。【主权项】1.一种视场分割干涉成像光谱仪，包括望远物镜、视场分割棱镜、干涉仪一、干涉仪二、准直透镜一、准直透镜二、傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二，其特征在于:视场分割棱镜为尖角反射棱镜，其设置于望远物镜的像面处，视场分割棱镜的顶点位于望远物镜的光轴处；来自望远物镜的光线由视场分割棱镜的两个反射面反射为两路反射光线，分别通过准直透镜一和准直透镜二进入干涉仪一和干涉仪二 ；傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二设置在干涉仪一和干涉仪二的出射光的光路中。2.一种根据权利要求1所述的视场分割干涉成像光谱仪的成像方法，其特征在于:包括以下步骤: 1)望远物镜将来自目标的光线转换成会聚光线，成像于望远物镜的像面处； 2)位于望远物镜像面处的视场分割棱镜通过两个反射面将望远物镜的会聚光线沿光谱方向反射为一上一下两束发散光线； 3)准直透镜一和准直透镜二分别将两束发散光线转换成两束平行光线，然后两束平行光线分别进入干涉仪一和干涉仪二； 4)干涉仪一和干涉仪二的出射光线通过傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二分别由各自的探测器接收。【专利摘要】本专利技术提供一种视场分割干涉成像光谱仪，包括望远物镜、视场分割棱镜、干涉仪一、干涉仪二、准直透镜一、准直透镜二、傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二，视场分割棱镜为尖角反射棱镜，其设置于望远物镜的像面处，视场分割棱镜的顶点位于望远物镜的光轴处；来自望远物镜的光线由视场分割棱镜的两个反射面反射为两路反射光线，分别通过准直透镜一和准直透镜二进入干涉仪一和干涉仪二；傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二设置在干涉仪一和干涉仪二的出射光的光路中。本专利技术形成的两个视场分别用于不同的光谱范围，光学系统视场利用率高，系统信噪比高。【IPC分类】G01J3/45【公开号】CN1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视场分割干涉成像光谱仪，包括望远物镜、视场分割棱镜、干涉仪一、干涉仪二、准直透镜一、准直透镜二、傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二，其特征在于：视场分割棱镜为尖角反射棱镜，其设置于望远物镜的像面处，视场分割棱镜的顶点位于望远物镜的光轴处；来自望远物镜的光线由视场分割棱镜的两个反射面反射为两路反射光线，分别通过准直透镜一和准直透镜二进入干涉仪一和干涉仪二；傅里叶变换透镜一和傅里叶变换透镜二设置在干涉仪一和干涉仪二的出射光的光路中。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邹纯博，白清兰，李立波，胡炳樑，刘学斌，李思远，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61